一、生物微机电系统与生物芯片技术进展(论文文献综述)
张静[1](2021)在《基于无纺纤维材料的微流控芯片研究》文中研究说明微流控技术经过二十多年的发展已经在生命科学、医学检测、分析化学、环境科学、食品科学等研究领域得到了较为广泛的应用,并正在逐步实现规模化产业应用。微流控技术的发展过程中,从早期的基于硅片、玻璃的微流控芯片到目前广泛应用的基于聚合物甚至纸材料的微流控芯片及相应制备技术相继出现,正在逐步适应和满足生命科学、分析化学等科研领域的利用微量流体进行检测、合成等应用的需要。从长远发展角度看,微流控技术必将在医学检测、环境检测等领域实现产业化应用,这就对微流控芯片的材料与制备成本控制、制备工艺的简洁与可靠、芯片基材物理化学性质对于不同应用的适应性等方面提出了更高的要求。微流控技术的发展依赖于微流控芯片基底材料和芯片加工技术的不断创新和进步,芯片材料成本的降低、制备技术的完善、批量化制备工艺的简化,这些都是不可或缺的发展基础。基于现阶段低成本微流控芯片材料和微加工技术的相关研究基础,结合未来产业化应用对芯片成本、性能、适用性的需要,本文提出了将无纺纤维材料作为微流控芯片的基底材料,探索并建立了基于无纺纤维材料的微流控芯片设计、制备方法体系,开展了以下几方面工作:1、文献调研、方案比较与分析。在充分调研和了解了现有主流微流控芯片的基底材料和微加工方法基础上,总结分析了各类不同基底材料微流控芯片及制备方法的特点及优劣。针对微流控芯片在生物医学检测等领域应用所面临的加工方法与成本等问题,从芯片材料成本、流体驱动方式、芯片制备方法、操作易用性等角度出发,提出了以无纺纤维材料作为基底材料的低成本、自驱动微流控芯片作为研究对象,并构建其芯片设计、制备、表征及应用体系;2、无纺纤维芯片的基底材料研究。研究探讨了无纺布作为微流控芯片基底材料所需的各项物理、化学性能要求,探索了多种无纺纤维材料的关键性能,包括:拉伸强度、最大拉伸量、热缩率、纤维密度、吸水性能等,结合芯片内流体自发流动、机械强度等性能指标,研究确定了聚丙烯纤维和木浆-涤纶混合复合纤维两种材料,作为微流控芯片的基底材料;3、芯片内流体渗流规律的探索。结合毛细管内流体流动理论探讨了流体在无纺纤维材料内的微观运动规律,建立了无纺纤维内渗流流动的描述性方程。针对无纺纤维孔隙结构内流体渗流过程的复杂性,提出并建立了利用蒙特卡洛极限学习机法(MCELM)对纤维内部的流体输运过程进行快速预测的方法。为后续微流控芯片内的流体控制研究提供了基础;4、芯片的制备与流体被动控制方法。根据选型和应用需求,通过理论探索和实验研究,实现了基于无纺纤维材料的微流控芯片设计与制备。首先利用蜡打印技术构建了无纺布微流控芯片的流体通道结构,探究了无纺布基底中实现疏水壁垒的规律,通过对制备过程中流体通道与孔隙结构变化规律的详细表征与控制,实现了无纺布纤维材料内部微量流体的可控自驱动。之后,利用基于聚丙烯纤维的微流控芯片进行了流体混合及人工尿液中蛋白质与葡萄糖定量检测实验研究,展现了基于无纺布材料的微流控芯片在生物医学和即时检测领域内的应用潜力;5、基于微阀的芯片内流体主动控制方法。为了充分提升基于无纺纤维材料的微流控芯片在流体控制上的灵活性,本研究使用木浆-涤纶复合纤维基底材料探讨了在多孔介质内对流体进行主动控制的方法,阐明了蜡基阀门在多孔纤维材料基底内实现可控开闭的作用机理,通过具有可编程控制蜡阀门阵列的微流控芯片实现了微流道内流体的主动控制。面向不同领域规模化应用对微流控芯片自驱动、低成本、流体操控性能等方面的迫切需求,本研究提出将无纺纤维材料作为微流控芯片的基底材料,建立了一套较为完整的基于无纺纤维材料的芯片设计、制备、流体控制和检测方法体系。具有材料成本低廉、制备工艺过程高效快捷、流体自主驱动、通过微阀实现流体流动主动控制等特点,同时还具有批量化制备的潜力,能够满足生命科学和医学检测等不同应用场景下对微流控芯片的需求。本研究提出并实现的基于无纺纤维材料的微流控芯片设计、制备、流体控制与检测方法体系,能够在生物医学检测领域为现场快速定性或半定量检测提供优势技术平台,也为未来微流控芯片在相关领域的大规模应用提供了有益参考。
王明[2](2020)在《硅基材料纳米尺度磨损行为与机理研究》文中提出硅基材料(如单晶硅、二氧化硅等)在微/纳机电系统(MEMS/NEMS)的制造中展现了广阔的应用前景。然而,由于其较差的摩擦学特性以及微/纳尺度下材料的尺寸和表面效应,纳米磨损问题广泛存在于含有滑动、冲击、或接触部件的硅基MEMS/NEMS中,使其可靠性及寿命面临巨大的挑战和局限性。单晶硅作为最典型的半导体材料,因具有良好的光刻和机械加工性能,在MEMS/NEMS、大规模集成电路、生物芯片等纳米科技中得到了非常广泛的应用。化学机械抛光(CMP)是这些硅基器件的纳米级甚至原子级精度表面制造中不可或缺的关键技术。单晶硅CMP也属于硅基材料的纳米磨损问题,但纳米尺度下的材料去除规律和机理需要进一步的探索。硅基材料纳米磨损不仅是其微/纳科技应用所面临的关键问题,更是硅基材料纳米制造的基础问题。因此,本文研究成果将为微/纳机电系统的防护与设计提供参考,也有助于推动单晶硅CMP技术的发展。本文应用ReaxFF反应力场分子动力学模拟方法,对硅基材料之间的摩擦磨损行为和摩擦化学反应进行了系统的量化研究,从原子尺度上揭示了硅基材料的磨损机理。论文的主要研究内容及结果如下:(1)模拟了全羟基化非晶态二氧化硅表面间的滑动摩擦过程,研究了接触界面上的摩擦化学磨损机理,揭示了硅醇密度对界面摩擦磨损的影响规律与机制。结果表明,随表面硅醇密度的增大,界面摩擦磨损被大大降低,这归因于表面硅醇的增多抑制了界面Si-O-Si桥键的初始形成。观察到两种形成界面Si-O-Si桥键的摩擦化学反应:一种是摩擦对偶表面Si-OH基团之间的脱水反应,这种反应对表面硅醇密度的改变不敏感;另一种反应发生在Si-OH基团和对表面Si-O-Si键之间,硅醇密度的增大对此反应的发生有着明显的抑制作用。且第二种界面Si-O-Si桥键形成机理对界面摩擦磨损行为起到了主导作用。还发现表面硅醇密度的增大导致了全羟基化非晶态二氧化硅表面几何结构的改变,且对界面摩擦化学反应的抑制以及界面摩擦磨损的降低起到了重要作用。(2)模拟了全羟基化晶体二氧化硅表面间的滑动摩擦过程,研究了接触界面上的摩擦化学磨损机理,揭示了界面水数量对界面磨损的影响规律与机制。结果表明,晶体二氧化硅表面Si-O-Si键有两种断裂行为:一种是表面Si-O-Si键与水分子发生水解反应而断裂,另一种是界面Si-O-Si桥键的拉伸作用促使表面Si-O-Si键与水分子发生水解反应而断裂。这两种断裂行为均导致了晶体二氧化硅表面摩擦化学磨损的发生。随界面水数量的增加,仅由水解反应导致的磨损硅原子数量先增大后减小至零,而界面Si-O-Si桥键辅助导致的磨损硅原子数量从最大值逐渐减小至零。这两种摩擦化学磨损随界面水数量的变化规律可用界面水的双重作用(即化学作用和润滑作用)来解释。法向载荷的增大均促进了两种摩擦化学磨损的发生。还观察到了以亚表层局部晶格扭曲表征的机械磨损。(3)模拟了水分子对单晶硅(110)表面的氧化过程,发现硅氧化层的主要结构是Si-H基团、Si-O悬键和Si-O-Si键,而非Si-OH基团。模拟了全羟基化非晶态二氧化硅探头划擦水氧化单晶硅(110)表面的滑动摩擦过程,研究了单晶硅CMP过程中的材料去除机理。结果表明,氧原子在硅基体表面的嵌入(即表面Si-O-Si键的形成)以及界面Si-O-Si和Si-Si桥键的形成是单晶硅CMP材料去除的两个主要磨损机理,且对单晶硅(110)表面摩擦化学磨损的贡献由大到小依次为:氧原子的嵌入,界面Si-O-Si桥键的形成,界面Si-Si桥键的形成。氧化层对单晶硅(110)表面磨损的作用机理主要是为嵌入硅基体表层的氧原子提供来源,而非为界面Si-O-Si桥键中的氧原子提供来源。单晶硅(110)化学机械抛光过程中的表面磨损不仅是机械作用(挤压和剪切)和化学作用耦合作用的结果,也是多种原子尺度磨损机理共同作用的结果。
郭磊[3](2020)在《基于非晶纳米晶磁芯的微型磁通门传感器及其在生物检测中的应用》文中指出据世界卫生组织(WHO)统计,全球罹患心肌梗死(AMI)疾病的人数正在不断增加,且相应的疾病死亡人口数也呈逐年上升的趋势,而其中因疾病诊断与发现不及时所导致的患者死亡比率占据了50%以上。因此,AMI疾病的早期诊断技术受到了国内外众多学者越来越多的重视。自20世纪90年代发展起来的生物传感器技术由于其灵敏度高、特异性强等优势在现代化的医学检测领域中展现出了极大的应用潜力。目前,在AMI疾病的诊断中,基于心肌标志物检测的生物传感器技术已成为相关疾病诊断的黄金标准,但截止到目前,临床上依赖的AMI疾病检测系统大多以商业化的大型仪器为主,这些技术设备虽然可靠有效,却也具有较大的局限性如:价格昂贵、操作繁琐、检测时间较长等,因此难以满足现代化医学领域对疾病进行即时诊断的需求。近年来,随着生命分析科学及材料科学的发展,结合磁性粒子免疫技术的磁生物传感器得到了飞速的发展,并成为了生物传感器技术中重要的研究分支之一。与传统的商业检测方法相比,磁生物传感器具有以下优势:灵敏度高、特异性强、体积小、操作简单且检测快速等,这使得该项技术自诞生以来便在疾病标志物的即时检测领域中展现出了巨大的商业价值。在众多磁生物传感器中,微型磁通门生物传感器因其在灵敏度、可靠性及响应速度等方面的综合优势而得到了众多学者的关注与青睐,并已见一些相关的研究报道。但截止到目前,有关磁通门生物传感器的研究仍处于起步阶段,无论是对微型磁通门器件本身抑或是其相应的生物检测系统的研究均尚不完善。鉴于此,本文基于微机电系统(MEMS)加工技术对微型化磁通门传感器进行了全面的分析与研究,并以心肌标志物为检测对象,结合磁性粒子免疫方法设计研发了基于微型磁通门传感器的生物医学分析方法及其相应的微流控芯片系统,并同时对该磁通门生物检测技术进行了全面的优化与研究。本文的具体工作内容如下:1.从磁通门传感器的工作原理出发,结合相应的电磁学理论,建立了一整套关于磁通门传感器的数学理论模型,并使用Magnet及Matlab等软件进行建模仿真,采用模型模拟的方法对影响传感器工作性能的诸多参数进行了仿真模拟。基于所得的仿真结果,对微型磁通门传感器的一些基本结构参数进行了初步优化,并得到了相应的设计参数如下:激励及感应线圈的匝数为30~60匝;单匝线圈的宽度为40~60 um;线圈间的间隙宽度为40~50 um;磁芯长度为8~12 mm等。同时,结合具体的磁性材料参数及生物磁性粒子磁化模型,针对不同磁芯材料的生物传感器的医学检测性能进行了模拟比较,并确定了以Fe基非晶材料作为传感器的磁芯材料。2.基于MEMS加工技术制造了不同布局结构及设计参数的全集成式微型磁通门传感器,并对传感器的设计结构进行了更为细致的优化,得出了更佳的磁通门传感器设计方案。同时,通过Fe基非晶磁芯材料的热处理退火工艺,进一步对磁通门传感器的性能进行了提升。最终,得到了高性能的磁通门器件,其主要的性能参数如下:最大灵敏度超过1200 V/T;线性度方差高于0.99,线性范围接近0~1 m T;噪声值低于100 p T/Hz1/2。3.基于所研制的高性能微型磁通门传感器,结合生物磁珠-抗体免疫技术及相应的心肌标志物检测方法研发了可用于心肌梗死疾病分析诊断的磁通门生物传感器系统,并对该系统的检测性能进行了全面的优化与表征。结果显示所研制的磁通门生物传感器具有很好的心肌标志物检测灵敏度,对于不同的心肌标志物而言,该传感器系统的检测限分别为0.25 ng/m L(CK-MB)、1 ng/m L(CRP)、50 pg/m L(c Tn I)及10 pg/m L(c Tn T),且传感器的输出信号强度与标志物浓度之间具有明显的线性关系,这表明该传感器系统在对心肌标志物进行灵敏检测的同时还能对样品的浓度进行估算。除此之外,所设计的传感器系统还具有非常好的特异性及良好的性能稳定性。这些结果显示所设计的生物传感器系统具有非常好的综合使用性能。4.在磁通门生物传感器的基础上,进一步研发了基于磁通门生物传感器的微流控芯片系统,并实现了基于该芯片系统的心肌标志物单目标检测及多目标联合检测等功能。结果显示该系统在保持了磁通门生物传感器高性能的基础上还具有使用效率高、操作便捷且自动化程度高等优点,能够十分方便且高效的完成对相应生物标志物的检测,这些有益结果为微型磁通门传感器在医学分析领域中的实际应用奠定了基础。
徐东升[4](2020)在《Ag-M双金属催化剂在氧化锌基气体传感器中的协同增敏效应研究》文中进行了进一步梳理ZnO纳米材料有着多种优良的物理性能,被广泛应用于传感器领域。但是,本征的半导体ZnO气体传感器,在灵敏度和选择性等方面仍然不尽如人意,添加贵金属催化剂可以显着提升传感器的灵敏度和选择性。针对单一的Pd、Pt等贵金属催化剂容易中毒、失去活性和价格昂贵等问题。将第二种金属加入到贵金属催化剂中,形成具有协同增敏效应的双金属纳米晶催化剂,为气体传感器的性能提升提供了一种新的解决方案。本文具体的研究成果如下:(1)采用微机电系统(MEMS)工艺制造出旁热式微型传感器芯片,在传感器芯片上原位生长一维ZnO纳米线材料,成功制造出ZnO基气体传感器。实验结果表明,ZnO基气体传感器对氢气的检测下限为10 ppm,对甲醛的检测下限为2 ppm。(2)采用水热法合成出Pd-Ag双金属纳米颗粒材料,将其通过喷墨印刷技术负载至ZnO纳米线表面,成功制造出氢气传感器。与单个Pd或Ag纳米颗粒催化剂相比,具有协同增敏效应的Pd-Ag双金属纳米颗粒催化剂对氢气的催化活性显着提升,对氢气的检测下限为1 ppm。(3)采用水热法合成出五角星形Pt-Ag双金属核壳结构纳米材料,将其通过喷墨印刷技术负载至ZnO纳米线表面,成功制造出甲醛气体传感器。与单个Pt或Ag纳米颗粒催化剂相比,具有协同增敏效应的五角星形Pt-Ag双金属纳米晶对甲醛的催化活性显着提升,对甲醛的检测下限为120 ppb。在线质谱仪测试结果表明,HCHO分子在低温下会部分氧化为HCOOH分子,而在高温下会完全氧化为CO2分子。
杨晓利[5](2019)在《应用于柔性基底的通孔引线结构与工艺实现研究》文中提出随着人们对自身健康关注度的增加,市场对实时监测人体状态的电子产品的需求正在持续增加,并推动着柔性电子技术的研究与应用的快速发展。柔性电子的电互联与封装是柔性电子中不可或缺的一部分,目前应用于柔性电子封装与电互联的方式主要有硬薄膜屈曲结构、岛-桥结构和倒装芯片技术等,这些方法均是二维平面封装方式,难以与三维器件结构相结合,无法实现柔性器件的三维集成与封装,还会导致封装后柔性电子系统的尺寸增大。基于目前柔性电子封装领域存在的局限与不足,本文提出应用于柔性基底的通孔引线结构,即柔性通孔引线结构,用于柔性电子的三维封装和电互联,实现了柔性通孔引线结构的设计与优化,具体工作如下:(1)分析了柔性电子在国内外的研究进展以及前景,系统地研究了目前柔性电子领域封装与电互联技术的发展现状和存在的问题,明确本文的主要研究内容;(2)对目前应用于柔性电子领域的柔性材料的性能进行分析,选定聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性连接层材料,设计并进行正交实验,得到最佳固化参数为:主剂与固化剂质量比为8:1,固化温度为110℃,固化时间为3 h,并进行纳米二氧化硅(SiO2)的制备,通过SiO2对PDMS材料进行改性,使得PDMS/SiO2复合材料硬度提高至85.51 HA,相较于PDMS的最大硬度提高了54.6%,得到满足硬度要求的柔性材料;(3)对本课题提出的柔性通孔引线结构的结构和关键尺寸进行设计与说明,初拟柔性通孔引线结构加工路线,通过微加工技术进行柔性通孔引线结构加工和优化,并给出加工流程中具体工艺参数;(4)参考硅通孔引线结构的电学理论知识,对柔性通孔引线结构的电学特性进行测试与分析,结果表明柔性通孔引线结构的电阻、寄生电感和寄生电容均较小,说明寄生效应不显着,并通过柔性通孔引线结构在不同弯曲半径下完成对石墨烯薄膜的电阻测试,论证柔性通孔引线结构的柔性与电气连接稳定性,证明柔性通孔引线结构用于柔性电子领域的可行性。
张梦[6](2019)在《微尺度下外部激励对粘弹性流体拉伸流动弹性不稳定性的影响研究》文中提出微流控技术广泛用于化学、医疗以及生命科学等交叉学科中。微流体作为运输介质多数为非牛顿流体,如用于生物实验的组织体液和化学反应中的高分子聚合物溶液等。高分子聚丙烯酰胺水溶液作为粘弹性流体的典型代表可表现出与牛顿流体完全不同的流动特性。在微尺度下由于其内部显着的弹性应力,在外部激励或流体拉伸作用下呈现出特有的弹性不稳定性,如随时间波动或流场的空间对称破缺等特征。因此,研究粘弹性流体在微尺度下的不稳定现象有实际的应用意义并为解决微尺度下弹性作用等基础物理问题提供实验依据。通过实验观察流场迹线和数值模拟分析的方法,研究分析在不同边界条件下微尺度粘弹性流体的时间不稳定以及空间不稳定现象及规律。首先,为实验测量观察微尺度下粘弹性流体的流动,制备微米级宽度微尺度通道芯片。将传统的光学光刻技术和软材料刻蚀技术相结合,并搭建对流体有效操控的微流控测试系统平台。另外,采用传统旋转流变仪以及微流变学测量方法对实验溶液体系进行表征,包括甘油水溶液和聚丙烯酰胺水溶液。传统流变仪低频的测量结果与微流变学在高频振荡下的模量测量结果互为补充。在传统流变仪测量中,测量流体的速度与压力,分析粘性和弹性等物性参数,并得到聚丙烯酰胺水溶液的剪切稀变和弹性模量等粘弹性流体的特有流变学属性。其次,基于开源软件OpenFOAM在Oldroyd-B模型上建立适用于计算高维森贝格数的粘弹性流体数值求解器,并在该求解器中引入对粘弹性流体的外部驱动力(Body Force)。数值模拟分析了在外部力场的激励下粘弹性流体在泊肃叶流动边界条件中随时间的不稳定响应。通过改变外部力场的幅值、加载时间和波动周期来控制流体的不稳定性并拟合了瞬时速度响应曲线得到各参数关联公式。在恒力作用下粘弹性流体表现为欠阻尼振荡的不稳定性。在卸载力作用下形成的平台效应发生在流体振荡前1/4周期。对不恒定流速的傅里叶变换分析了粘弹性流体在不同激励下的振荡频率。振荡频率与粘弹性流体固有频率相同时可发生谐振,此时速度响应曲线的频谱呈现单一频率,且振幅最高。通过该方法可得到流体固有弹性属性即松弛时间。再次,通过不同的微通道结构设计在实验中实现了粘弹性流体不稳定性的调控。流体在非直线型通道中往往形成具有速度梯度场的拉伸流,并对粘弹性流体中的聚合物产生拉伸和松弛作用,从而诱发流体的弹性不稳定性。研究对比了在标准十字通道、预拉伸十字通道和非对称预拉伸通道中粘弹性流体的不稳定性。实验发现在不同的维森贝格数以及不同对称性的结构中,可以形成对称稳定态、不对称双稳态以及不稳定状态的粘弹性流场。在不同状态中,流场的对称性和流体的流出通道的偏向性发生改变。最后,选用预拉伸以及突扩结构变化的T型拉伸结构结合外部激励周期的调制进行对混合效果的研究,提出衡量混合效果的混合参数的定义和计算方法。结果表明在牛顿流体在频率扰动下抑制混合,粘弹性流体在高频下可以增强混合效果。比较了不同流动边界条件以及T型通道尺寸参数对混合的影响。在标准T型的基础上设计多种模型,对比Neck颈部汇合段长度的影响以及出口混合腔宽度的影响。通过对比发现,经过Neck颈部较长的条件下可以得到更均匀的混合效果,说明该段的预拉伸作用起到了关键影响作用。双侧周期振荡入口受相位差的影响非常大,相位差为π时混合效率最高。综上所述,通过数值计算和实验测量分析粘弹性流体在微尺度下的不稳定现象发生规律,并验证了通过优化微通道结构和改变流体激励,可以灵活调控和促进不稳定现象发生的临界条件。基于不稳定性的调控,可以实现诸如微混合器、存储器和信号传感器等多种微流器件。
李志强[7](2019)在《基于触角电生理响应机制的蜜蜂运动控制研究》文中指出昆虫具有优异的运动特性,是当今仿生机械领域的研究热门。本文探究了蜜蜂对不同气味的灵敏度响应,发现了离体触角受到不同气味刺激的电位响应特征。搭建了微机电控制系统,通过电刺激模拟气味刺激蜜蜂触角,初步探索了以蜜蜂为载体的半生物半机械机器人控制方案。研究的主要内容如下:搭建了触角电生理响应机制研究实验平台,揭示气味在蜜蜂嗅觉神经的传导通路和嗅觉响应机理。搭建昆虫迷宫系统,研究蜜蜂对不同气味的喜欢程度。结果表明:蜜蜂从喜欢到厌恶的气味顺序依次为蜂蜜,正己醇,甲酸。通过对比研究和分析活体触角与离体触角的电位测量实验结果,可以看出:离体触角电位能更真实地反应触角受到气体刺激时的电位变化。提出了反映蜜蜂喜好情绪的评价指标,建立了蜜蜂触角电生理变化特征与蜜蜂情绪变化之间的映射关系。用不同浓度和不同气味的挥发气体对离体触角进行刺激并测量其电位变化,并采用电位幅值、去极化时间、复极化时间、下降沿斜率和上升沿斜率等五种特征对触角响应规律进行多角度定量化分析。通过研究分别获得了蜜蜂对喜欢气味和厌恶气味的触角电位特征值范围,进一步定义了一个偏好因子F来描述蜜蜂对不同气味的喜欢程度。搭建了可远程无线控制的磁悬浮电刺激实验台,使用电刺激模拟气味刺激诱导蜜蜂飞行,研究蜜蜂对不同电刺激的运动响应。基于磁悬浮技术的半自由状态无线电刺激系统包括下推式磁悬浮系统、任意波形信号发生系统、无线控制模块以及电源等,可以实现任意波形特征电位的输出,并能够有效地减轻蜜蜂的自身负重。使用触角电位实验得出的电位特征值范围对蜜蜂触角施加电刺激,探索蜜蜂对不同参数电刺激的响应机制。
阴旭[8](2019)在《基于键合封装用P(EO)n-LiX与A1连接工艺与机理研究》文中认为随着产业经济的快速发展,各类终端产品的数量将达到空前的规模,对微机电系统MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)器件及传感器的市场需求也将迅速增加,其应用领域已发展到各行各业。封装是制造MEMS器件的重要环节之一,其质量将直接影响到MEMS器件的使用寿命。高分子固体电解质是最近几年大力发展起来的一种功能性材料。由于主体高分子的原料来源非常丰富,且相对其它无机材料有着独特的结构、容易加工和容易改性的特点,因此,作为MEMS器件的封装材料,相对其它材料,高分子具有不可取代的优异性能,从而能进一步推动MEMS产业技术的发展。本文首先选用聚氧化乙烯(PEO)作为主体材料通过主要采用高能球磨法添加不同的电解质锂盐,设计并制备适合于和金属铝进行阳极键合的离子导电高分子固体电解质材料P(EO)n-LiX(X=BF4,ClO4,PF6),探讨球磨时间和转速等工艺参数对球磨质量的影响;进而确定锂盐的种类和含量;利用超景深显微镜、X射线衍射、DSC热分析法、傅立叶红外光谱分析和紫外吸收光谱分析等手段对P(EO)n-LiX的络合机理进行了研究,研究不同锂盐种类及含量等参数对高分子固体电解质P(EO)n-LiX结晶度的影响,同时采用交流阻抗测试了不同锂盐种类及含量的高分子固体电解质P(EO)n-LiX的离子电导率;并对不同锂盐种类及含量的高分子固体电解质材料P(EO)n-LiX的力学性能进行了分析。研究结果表明:不同锂盐的加入并增加其含量,可以有效的阻碍PEO的结晶,提高非晶相所占比例,玻璃化转变温度更低,络合程度不断提高,从而引起P(EO)n-LiX室温电导率的提高;选用的锂盐种类所呈现的离子电导率大小依次是LiPF6>LiClO4>LiBF4;并且当锂盐添加量达到20%时,高分子电解质的室温电导率最高。抗压和硬度试验结果表明:锂盐对主体PEO的力学性能也会产生影响。相同条件下,由于高氯酸的强酸性以及更强的自增塑作用,导致加入LiClO4所制备的PEO-LiClO4的力学性能最好,PEO-LiBF4次之,PEO-LiPF6最差。其次,本文选用自制的综合性能良好的PEO-LiClO4为键合阴极材料,研究其与金属铝的阳极键合工艺。研究在不同键合电压下,不同LiClO4含量的PEO-LiClO4与金属铝键合过程中的键合电流随时间的变化规律,分析其键合质量,确定最佳工艺参数,并采用超景深显微系统分析两者键合界面的微观结构以及利用红外和能谱揭示其键合机理。研究认为,在同一键合电压下,不同LiClO4含量的高分子固体电解质PEO-LiClO4与金属铝键合过程中,随着锂盐的含量越多,瞬时出现的电流峰值也就越大,在选取的工艺参数范围内;当其它条件一定的情况下,随着键合电压的提高,产生的峰值电流大小排列依次是U800>U700>U600>U500>U200,其中800V的键合电压下,LiClO4含量为20%时的峰值电流最高,结合率最好。PEO-LiClO4与铝键合界面在室温下的拉伸强度表明,当锂盐含量为5%时,PEO-LiClO4与铝键合界面拉伸强度为7.03MPa;当锂盐含量为10%时,键合界面拉伸强度为8.32MPa,当锂盐含量继续提高至20%时,PEO-LiClO4与铝键合界面拉伸强度有所下降。键合界面微观结构分析结果表明:旁错构象分布的PEO分子链更有利于锂离子在电场中的传输,界面有效键合的机理在于“机械互锁-静电吸附-离子迁移-离子扩散-离子配位交换”一系列的作用;先是相互紧密接触的高分子固体电解质PEO-LiClO4链段与金属铝在温度和压力的作用下相互被挤压进入各自表面的沟壑间隙,然后通电,界面在强静电场作用下PEO-LiClO4中形成了一定的极化区,PEO-LiClO4发生电离解络,解络后的Li+在强电场的作用下形成了自阳极向阴极的定向移动,从而使得两界面处的正负电荷互相吸附,形成了很强的静电吸引力,此时Al3+由阳极表明扩散至界面,并替代解络的Li+与主体高分子中PEO的醚氧原子再次配位,形成中间过渡层[(CH2CH2O)n]3Al;通过红外分析,中间过渡层还发现C=C和醛基新官能团的存在,新的官能团也是界面的基本组成;MARC有限元分析表明,相对两层的键合结构,PEO-LiClO4/Al/PEO-LiClO4三层对称设计,能有效的减小试件的变形,从而大大提高MEMS器件的键合质量。
吕天意[9](2019)在《全玻璃管套结构PCR芯片的研究》文中提出随着全球化程度的深入,世界各地的人员往来与流动变得更为频繁、广泛,全球性的疾病传播给人类带来的威胁更加严峻。及时地对疾病在线检测、诊断、干预与治疗,这对早期疾病的发现、减少传播感染等意义重大,为满足这种应用需求,即时检测技术(Point-of-Care testing,POCT)应运而生。基于聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)的分子生物学技术能可靠地检测早期疾病,且检测结果精度高。当前,广泛使用的PCR仪器价格昂贵,检测耗样量大,成本高,阻碍了该仪器在临床和家庭推广使用。采用微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术实现的PCR芯片具有体积小、价格便宜、耗样量少、温控速度快、扩增反应周期短等优势,可用于POCT中的基因分析。本文研究目标为:优化PCR芯片结构布局、简化工艺流程,制造出低成本、高性能的全玻璃管套结构PCR芯片;整合外围嵌入式温控系统,实现温度的精确控制;通过静态腔室型PCR芯片完成DNA扩增反应实验,验证PCR芯片的性能。研究内容如下:1.优化现有PCR芯片结构布局,精简PCR芯片的加工工艺。包括:采用PT100温度传感器替换传统的测温电极,提高测温的准确性和一致性;通过微加工制作出可重复使用的带有加热电极和通道的芯片基座(大小为18mm×12.5mm)。2.设计PCR芯片嵌入式温控系统,搭建PCR芯片反应平台。设计外围温度检测电路、电源模块电路和驱动电路。整合PCR芯片、嵌入式控制系统、LCD屏幕,整体系统大小为13cm×10.5cm。3.实现PCR芯片温度控制算法,调控硬件电路工作。包括:UCOSIII操作系统的移植,LCD屏实时显示PCR芯片温度曲线,设计温度控制有限状态机,实现多级积分分离抗饱和PID算法,相比传统PID算法,其稳定时间短、温度超调量低。4.通过生物扩增实验,验证PCR芯片性能及工作有效性。对人癌基因进行扩增反应,测试获得系统的升温速度6?C/s,降温速度3?C/s。通过对PCR扩增产物进行电泳测试,与传统热循环仪(ProFlex PCR System)电泳结果比对,本研究PCR芯片可获得极好的扩增效果。
邓双[10](2018)在《基于超声辐射力场的多模微操纵理论与实践研究》文中研究指明微机电系统由于尺寸微型化、功能集成化和性能高端化及具有多学科交叉与批量生产能力等众多优点,已逐步应用于现代社会的不同领域,带来明显的社会和经济效益。伴随着多功能和异材异构混合的复杂微机电系统的发展,面向微机电系统装配的微构件操纵技术已越来越多地受到学术界和工程界的重视,并发展了多类方法手段。其中,基于超声辐射力场的非接触式微操纵技术,不仅可以避免粘附力等对操纵过程的干扰及机械接触对操纵对象的损坏或污染,而且具有适合不同材质操纵对象和非透光操纵环境下应用、可柔性合成声场实现多模式操纵以及相关系统易于集成和微型化等其它非接触式手段难以媲美的优势,成为微装配领域最具发展潜力的方法之一。然而,目前已有的声操纵技术主要针对单构件或单功能来展开,而实际微装配过程中至少牵涉到两个构件的同时操纵,面向的是一种多散射体对象,其散射机理较单散射体更为复杂,如何有效计算这种散射声场及作用于微构件上的声辐射力,在理论层面上还存在诸多挑战。同时,从技术层面上看,尽管针对单微构件的单模式声操纵方法日趋成熟,但是面向单微构件实现多模式操纵及面向多构件实施有效操纵都还缺乏良策,有待进一步深入地研究。因此,目前的声操纵技术还难以满足微机电系统向混合式发展的装配需求。基于以上背景,本学位论文结合国家自然科学基金项目“基于超声辐射力场的三维生物组织直写式制造关键技术研究”(No.51205351)以及浙江省自然科学基金重点项目“基于声操纵的三维自动微装配理论与实践研究”(No.Z1110393),提出开展基于超声辐射力场的多模微操纵理论与实践研究。在系统了解声操纵相关技术研究现状及其发展趋势的基础上,建立任意声场中多散射体散射声场及声辐射力的通用理论表达式,重点开展单声波参数异步调控下的微构件声操纵、多声波参数协同调控下的微构件对声操纵、面向多模声操纵的变区域局部声场合成控制以及基于局部声场合成的非球形微构件姿态无级调控等关键技术的研究,发展一种面向微机电系统装配的多模声操纵技术,并研发一套基于机器视觉伺服的自动化多模声操纵系统,为微机电系统的发展奠定必要的技术基础。具体的研究内容和创新性工作主要体现在:第一章,系统阐述微机电系统的应用、产生的社会与经济效益及开展微操纵技术研究的重要意义,全面分析微操纵技术的国内外研究现状及其发展趋势,确定基于超声辐射力场的微操纵技术为研究目标,并明确该技术在理论、技术和应用层面上所存在的问题及亟待解决的技术瓶颈,为本文的研究指明方向。同时,还对本学位论文的研究内容及其章节进行安排。第二章,开展任意声场中多散射体声辐射力通用理论表达的研究。在建立和求解小振幅声压球坐标系下的波动方程,明确球状散射体散射波传播机理的基础上,通过声场的谐函数展开及结合散射体的边界条件和谐函数加法定理,完成声场中多散射体的散射声场计算。同时,建立基于二阶摄动理论的超声辐射力通用计算框架,推导出声场中多散射体的声辐射力通用理论表达,进而改善其对入射声场形式的适用性。通过改变散射体的声学边界条件,还可实现不同材质散射体的声辐射力计算,为后续研究奠定必要的理论基础。第三章,发展一种单声波参数异步调控下的微构件声操纵技术。在利用多束斜入射平面波干涉叠加构建半空间内三维声场的基础上,确定单散射体所受声辐射力场的分布,明晰微构件的声俘获机理。同时,通过调制的声波幅值,完成固壁上微构件的拾取与释放操纵,并通过控制声波的相位,动态调整声势阱的空间位置分布,带动俘获于声势阱中的微构件水平迁移,进而实现单散射体在三维空间内俘获、拾取及平移的复合操纵。第四章,提出一种多声波参数协同调控下的微构件对声操纵技术。根据三维半空间内声场分布特性,结合多散射体的声辐射力理论公式,分析微构件所受的声辐射力,并通过协同调控三束入射声波的幅值和相位参数动态合成具有不同声势阱位置和间距的声场,实现微构件对的位置和间距控制。同时,以两个球形散射体为对象开展实验研究,实现其位置和间距的可控调整,证实本章技术的可行性和有效性。第五章,提出一种面向多模声操纵的变区域局部声场合成控制技术。在实现局部合成目标声场理论表达的基础上,通过离散孔径模型并结合模式匹配技术,求得声场合成区域边界控制点声压,并利用逆滤波法确定阵列声源激励信号,进而实现操纵空间内变区域声场的合成。同时,利用合成区域范围与截断阶数之间的关系进一步发展一种多区域的局部声场合成技术。最后,通过仿真和实验研究证实本章技术的可行性和有效性。第六章,提出一种基于局部声场合成的非球形微构件姿态无级调控技术。首先,利用多点支撑谐函数分别建立入射声场和散射声场展开系数与散射体表面散射系数之间的关系,确定用于表征入射和散射声场之间关系的T矩阵,进而实现高度非球形散射体的声辐射力矩的快速计算。其次,利用前述局部声场合成技术获得一种强约束高匹配局部目标声场,并通过逆推原理实现其无半径旋转。最后,通过仿真验证非球形散射体的无级调控技术,并以二氧化硅棒为对象开展系列实验研究,证实本章技术的有效性。第七章,开展基于机器视觉伺服的自动化多模声操纵系统及实验研究。在确定系统总体方案的基础上,重点开发基于CameraLink的高帧率CMOS摄像系统、高速图像采集与并行处理卡、基于PXI的多通道程控信号发生模块、多通道线性功率放大模块以及阵列声源模块等,并采用虚拟仪器体系结构,集成开发一套基于机器视觉伺服的自动化多模声操纵系统。同时,利用所研发的声操纵系统开展相关的实验研究,以证实本文所提相关理论与技术的可行性和有效性。第八章,总结本论文的研究成果和创新之处,并对未来的研究进行工作展望。
二、生物微机电系统与生物芯片技术进展(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、生物微机电系统与生物芯片技术进展(论文提纲范文)
(1)基于无纺纤维材料的微流控芯片研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
符号与缩略词说明 |
第一章 绪论 |
1.1 微流控技术简介 |
1.2 微流控芯片的基体材料 |
1.2.1 无机材料 |
1.2.2 聚合物材料 |
1.2.3 水凝胶材料 |
1.2.4 纸基材料 |
1.3 微流控芯片的制备方法 |
1.3.1 光刻制备方法 |
1.3.2 模塑成型 |
1.3.3 其他微流控芯片制备方法 |
1.4 芯片键合方法 |
1.5 本文研究问题的提出 |
1.6 本文的研究方法 |
第二章 无纺纤维材料与孔隙内微流体流动研究与建模 |
2.1 无纺纤维材料的定义与纤维结构 |
2.2 无纺纤维材料的制备 |
2.3 无纺纤维材料的选型与测试 |
2.4 纤维孔隙内微观流体的流动研究 |
2.4.1 无纺材料孔隙结构内渗流流动物理机理 |
2.4.2 无纺布中的渗流建模与计算 |
2.4.3 基于COMSOL的无纺布渗透速度模拟分析 |
2.4.3.1 参数与边界条件设定 |
2.4.3.2 仿真结果 |
2.5 基于MCELM的无纺布渗透速度软测量建模与分析 |
2.5.1 MCELM算法 |
2.5.1.1 MC数据扩展方法 |
2.5.1.2 ELM神经网络 |
2.5.1.3 MCELM建模过程 |
2.5.2 渗透速度软测量统计检验与模型分析 |
2.5.2.1 蒙特卡洛扩展数据统计检验 |
2.5.2.2 不同建模方法模型精度比较 |
2.6 本章小结 |
第三章 基于无纺布材料的微流控芯片设计与制备方法 |
3.1 基于无纺布材料的微流控芯片设计 |
3.2 本章研究所使用的仪器设备与药品 |
3.3 基于蜡打印与蜡渗透方法的无纺布材料芯片制作 |
3.4 基于无纺布材料的微流控芯片性能测试 |
3.5 基于无纺布材料的浓度检测微流控芯片 |
3.6 基于无纺布材料的蛋白质与葡萄糖检测微流控芯片 |
3.6.1 背景 |
3.6.2 芯片内蛋白质基本检测的基本原理 |
3.6.3 芯片内葡萄糖检测的基本原理 |
3.6.4 实验材料 |
3.6.5 芯片制备过程 |
3.6.6 实验过程与结果 |
3.7 本章小结 |
第四章 基于无纺布材料的可编程控制微流控芯片 |
4.1 无纺布基底内流体驱动原理与背景 |
4.2 基于无纺布材料的可编程控制微流控芯片研究与制作 |
4.3 基于无纺布材料的可编程控制微流控系统的硬件设计 |
4.4 基于无纺布材料的可编程控制微流控系统的软件设计 |
4.5 基于无纺布材料的可编程控制微流控系统的整体性能测试 |
4.6 本章小结 |
第五章 总结 |
参考文献 |
致谢 |
研究成果及发表的学术论文 |
导师与作者简介 |
附件 |
(2)硅基材料纳米尺度磨损行为与机理研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 微/纳机电系统的应用及其摩擦学研究 |
1.2.1 微/纳机电系统概述 |
1.2.2 微/纳机电系统的应用 |
1.2.3 微/纳机电系统中的摩擦学问题 |
1.3 硅基材料纳米磨损机理的研究进展 |
1.3.1 表面化学影响机理的研究进展 |
1.3.2 环境湿度影响机理的研究进展 |
1.4 单晶硅化学机械抛光原子级磨损机理的研究进展 |
1.4.1 化学机械抛光概述 |
1.4.2 原子尺度材料去除机理的研究进展 |
1.5 选题意义及研究内容 |
1.5.1 选题意义 |
1.5.2 研究内容 |
2 反应力场分子动力学模拟方法 |
2.1 分子动力学模拟的基本原理 |
2.1.1 运动方程 |
2.1.2 势函数 |
2.1.3 系综 |
2.2 ReaxFF反应力场分子动力学模拟 |
2.3 模拟与后处理软件 |
2.4 本章小结 |
3 硅醇密度对非晶态二氧化硅界面原子尺度磨损的影响 |
3.1 引言 |
3.2 原子模型及模拟方法 |
3.2.1 非晶态二氧化硅样本制备 |
3.2.2 不同硅醇密度的非晶态二氧化硅表面制备 |
3.2.3 摩擦模型及模拟方法 |
3.3 硅醇密度对非晶态二氧化硅摩擦磨损行为的影响 |
3.4 界面Si-O-Si桥键的形成 |
3.4.1 界面Si-O-Si桥键的初始形成机理 |
3.4.2 硅醇密度对界面Si-O-Si桥键初始形成的影响 |
3.4.3 机械作用对界面Si-O-Si桥键初始形成的影响 |
3.5 硅醇密度对非晶态二氧化硅表面形貌和结构的影响 |
3.6 本章小结 |
4 水对晶体二氧化硅界面原子尺度磨损的影响 |
4.1 引言 |
4.2 原子模型及模拟方法 |
4.2.1 晶体二氧化硅与水相互作用 |
4.2.2 水在全羟基化晶体二氧化硅表面的覆盖率 |
4.2.3 摩擦模型及模拟方法 |
4.3 磨损行为与机理 |
4.3.1 水解反应导致表面Si-O-Si键断裂 |
4.3.2 界面桥键辅助下的表面Si-O-Si键断裂 |
4.3.3 机械作用导致局部晶格变形 |
4.4 磨损量分析 |
4.4.1 仅水解反应导致的摩擦化学磨损 |
4.4.2 界面桥键辅助下的摩擦化学磨损 |
4.4.3 载荷对机械磨损的影响 |
4.5 滑动摩擦行为 |
4.5.1 干燥环境下的滑动摩擦 |
4.5.2 湿润环境下的滑动摩擦 |
4.6 本章小结 |
5 单晶硅化学机械抛光的原子尺度去除机理研究 |
5.1 引言 |
5.2 原子模型及模拟方法 |
5.2.1 单晶硅与水相互作用 |
5.2.2 摩擦模型及模拟方法 |
5.3 摩擦化学磨损机理 |
5.3.1 氧嵌入导致表面化学键断裂 |
5.3.2 界面桥键导致表面化学键断裂 |
5.3.3 氢吸附导致表面化学键断裂 |
5.3.4 各种磨损机理的贡献 |
5.4 表面 Si-O-Si键与界面 Si-O-Si桥键的形成 |
5.5 疏水单晶硅表面的磨损行为 |
5.5.1 法向载荷的影响 |
5.5.2 界面水数量的影响 |
5.6 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
附录 |
A 作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
B 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录 |
C 作者在攻读学位期间所获奖励目录 |
D 学位论文数据集 |
致谢 |
(3)基于非晶纳米晶磁芯的微型磁通门传感器及其在生物检测中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 生物传感器 |
1.2.1 生物传感器的工作原理简介 |
1.2.2 生物传感器的主要种类 |
1.2.3 磁生物传感器 |
1.3 磁通门传感器的介绍 |
1.4 微流控生物传感器系统 |
1.5 本论文的设计思想与研究内容 |
第二章 微型化磁通门传感器的理论计算与参数模拟 |
2.1 磁通门传感器的结构与工作原理 |
2.2 磁通门传感器理论模型的建立 |
2.2.1 软磁材料磁芯的数学模型 |
2.2.2 激励线圈模型的建立 |
2.2.3 感应线圈模型的建立 |
2.3 磁通门传感器的磁芯形状及结构参数对其性能的影响 |
2.3.1 磁芯形状对磁通门传感器性能的影响 |
2.3.2 磁芯结构参数对磁通门传感器性能的影响 |
2.4 线圈参数对磁通门传感器性能的影响 |
2.4.1 激励线圈参数对磁通门传感器输出信号强度的影响 |
2.4.2 感应线圈参数对磁通门传感器灵敏度的影响 |
2.5 磁芯材料的软磁特性对传感器性能的影响 |
2.5.1 磁芯材料的饱和磁感应强度对磁通门传感器性能的影响 |
2.5.2 磁芯材料的磁导率对磁通门传感器性能的影响 |
2.5.3 不同磁芯材料传感器间的性能比较 |
2.6 磁通门传感器对生物磁性粒子进行检测的理论模型及模拟仿真 |
2.6.1 超顺磁珠在外磁场下的磁化理论模型 |
2.6.2 磁通门传感器对磁珠杂散场进行检测的理论建模 |
2.6.3 不同磁芯材料的传感器对磁珠杂散场检测信号的模拟分析 |
2.7 本章小结 |
第三章 磁通门传感器的制备加工与测试性能优化 |
3.1 磁通门传感器的基本MEMS加工工艺 |
3.1.1 Cr/Cu种子层的溅射工艺 |
3.1.2 光刻显影工艺 |
3.1.3 电镀工艺 |
3.1.4 湿法刻蚀工艺 |
3.1.5 干法刻蚀工艺 |
3.1.6 聚酰亚胺支撑层工艺 |
3.1.7 传感器磁芯的制作工艺 |
3.2 基于铁基非晶软磁薄带的微型磁通门传感器的制造流程 |
3.3 不同结构参数的磁通门传感器的性能测试与比较 |
3.3.1 不同布局结构传感器的激励效率模拟 |
3.3.2 不同布局结构传感器的性能测试 |
3.4 基于铁基非晶薄带的磁通门传感器的参数及性能优化 |
3.4.1 微型磁通门传感器的磁芯宽度优化 |
3.4.2 磁芯材料的退火工艺优化 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于磁通门生物传感器的心肌标志物检测研究 |
4.1 磁通门生物传感器的背景及其工作原理的简单介绍 |
4.2 磁通门传感器对磁珠的检测 |
4.2.1 生物样品的制备 |
4.2.2 基于磁通门传感器的磁珠检测方法及结果 |
4.3 基于磁通门传感器的心肌标志物检测方法及结论 |
4.3.1 心肌标志物简介 |
4.3.2 试验方案 |
4.3.3 标志物检测过程中的免疫反应参数优化 |
4.3.4 基于磁通门传感器的心肌标志物检测结果与讨论 |
4.4 本章小结 |
第五章 基于磁通门传感器的MEMS微流控检测系统研究 |
5.1 引言 |
5.2 基于磁通门生物传感器的微流控系统 |
5.2.1 微流控芯片的设计方案 |
5.2.2 实验所用的仪器和试剂 |
5.2.3 微流控芯片的加工与制造 |
5.3 基于磁通门传感器的微流控系统对心肌标志物的检测 |
5.3.1 生物样品的制备 |
5.3.2 基于微流控芯片的标志物检测方法 |
5.3.3 微流控芯片的使用性能表征 |
5.3.4 心肌标志物的单目标检测结果 |
5.3.5 基于微流控芯片系统的心肌标志物联合检测 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 主要创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
(4)Ag-M双金属催化剂在氧化锌基气体传感器中的协同增敏效应研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 前言 |
1.1 引言 |
1.2 氧化锌 |
1.2.1 ZnO纳米材料的简介 |
1.2.2 ZnO纳米材料的制备方法 |
1.2.3 ZnO纳米材料的形貌结构 |
1.2.4 ZnO纳米材料的应用 |
1.3 双金属纳米晶催化剂 |
1.3.1 双金属纳米晶催化剂的简介 |
1.3.2 双金属纳米晶催化剂的制备方法及形貌结构 |
1.3.3 双金属纳米晶催化剂的应用前景 |
1.4 甲醛和氢气的概述 |
1.4.1 甲醛的概述 |
1.4.2 氢气的概述 |
1.5 旁热式传感器 |
1.6 本论文的研究意义及内容 |
1.6.1 研究意义 |
1.6.2 研究内容 |
第二章 氧化锌基气体传感器的制备及其气敏性能研究 |
2.1 前言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验仪器与试剂 |
2.2.2 ZnO纳米线的制备 |
2.2.3 材料表征 |
2.2.4 旁热式微型传感器芯片制造工艺 |
2.2.5 气敏性能测试 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 传感器芯片结构 |
2.3.2 材料表征结果 |
2.3.3 气敏性能研究 |
2.4 小结 |
第三章 Pd-Ag双金属催化剂在氢气传感器中的协同增敏效应研究 |
3.1 前言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验仪器与试剂 |
3.2.2 Pd-Ag双金属纳米颗粒催化剂的制备 |
3.2.3 材料表征 |
3.2.4 气敏性能测试 |
3.3 金属催化剂机理分析 |
3.4 结果与讨论 |
3.4.1 材料表征结果 |
3.4.2 气敏性能研究 |
3.5 小结 |
第四章 Pt-Ag双金属催化剂在甲醛传感器中的协同增敏效应研究 |
4.1 前言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验仪器与试剂 |
4.2.2 五角星形Pt-Ag双金属核壳纳米结构催化剂的制备 |
4.2.3 材料表征 |
4.2.4 气敏性能测试 |
4.2.5 在线质谱(MS)检测 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 材料表征结果 |
4.3.2 气敏性能研究 |
4.3.3 在线质谱(MS)检测结果分析 |
4.4 小结 |
第五章 总结与展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
攻读学位期间申请国家发明专利 |
(5)应用于柔性基底的通孔引线结构与工艺实现研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 研究目的及主要内容 |
1.4 本章小结 |
2 柔性材料的制备与性能优化 |
2.1 柔性材料 |
2.1.1 柔性材料的种类与选择 |
2.1.2 聚二甲基硅氧烷特性 |
2.2 聚二甲基硅氧烷工艺参数优化 |
2.2.1 DOE的介绍 |
2.2.2 实验材料、设备与步骤 |
2.2.3 最佳工艺参数确定 |
2.3 二氧化硅掺杂改性聚二甲基硅氧烷 |
2.3.1 聚二甲基硅氧烷掺杂改性原理及纳米粒子选用 |
2.3.2 二氧化硅纳米粒子的制备 |
2.3.3 聚二甲基硅氧烷/二氧化硅复合材料的制备 |
2.4 本章小结 |
3 柔性通孔引线结构的实现与优化 |
3.1 柔性通孔引线结构的设计 |
3.2 柔性通孔引线结构加工工艺研究 |
3.2.1 微系统制造工艺简介 |
3.2.2 柔性通孔引线结构拟采用工艺路线 |
3.3 柔性通孔引线结构工艺实现 |
3.4 柔性通孔的镀铜填充工艺 |
3.4.1 电镀原理 |
3.4.2 电镀实验 |
3.4.3 实验结果与优化 |
3.5 本章小结 |
4 柔性通孔引线结构的性能测试与讨论 |
4.1 电学理论 |
4.2 测试方案与测试结果 |
4.3 柔性通孔引线结构的示范性应用 |
4.4 本章小结 |
5 论文总结与工作展望 |
5.1 本文工作总结 |
5.2 本文特色 |
5.3 后期工作与展望 |
参考文献 |
附录 |
A 攻读硕士学位期间参与的相关课题 |
B 学位论文数据集 |
致谢 |
(6)微尺度下外部激励对粘弹性流体拉伸流动弹性不稳定性的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要物理量名称及符号表 |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.1.1 课题背景 |
1.1.2 研究目的和意义 |
1.2 相关领域的研究现状 |
1.2.1 粘弹性流体流动不稳定性特性 |
1.2.2 外部激励对粘弹性流体不稳定性的影响 |
1.2.3 拉伸粘弹性流体的不稳定性响应 |
1.2.4 粘弹性流体微尺度下的混合增强作用 |
1.2.5 文献综述简析 |
1.3 本文的主要研究内容 |
第2章 微尺度通道加工及粘弹性流体物性测量 |
2.1 微流控通道的分类 |
2.1.1 玻璃微流控芯片制作 |
2.1.2 PDMS微流控芯片加工简介及应用实例 |
2.2 PDMS微流控芯片加工工艺及流程 |
2.2.1 匀胶 |
2.2.2 曝光 |
2.2.3 显影 |
2.2.4 PDMS浇注成型键合 |
2.3 微流控实验平台 |
2.4 流变学测量分类 |
2.4.1 常规宏观旋转流变学测量仪测量参数及分析 |
2.4.2 微观分子力学测量 |
2.5 本章小结 |
第3章 粘弹性流体在外部激励下的泊肃叶流动数值模拟研究 |
3.1 引言 |
3.2 数值计算求解方法及验证 |
3.2.1 物理模型及边界条件 |
3.2.2 数值计算方法 |
3.3 结果及分析 |
3.3.1 恒定驱动力 |
3.3.2 脉动矩形驱动力 |
3.3.3 周期方波脉动驱动力 |
3.4 本章小结 |
第4章 拉伸流动结构对粘弹性流体弹性不稳定的影响 |
4.1 引言 |
4.2 预拉伸结构中粘弹性流体的弹性不稳定 |
4.2.1 实验模型及工况 |
4.2.2 无瓶颈预拉伸结构 |
4.2.3 有瓶颈预拉伸结构 |
4.3 十字型结构粘弹性流体的弹性不稳定 |
4.3.1 标准十字型结构中的不稳定性 |
4.3.2 对称预拉伸十字型结构中的不稳定性 |
4.3.3 预拉伸十字型结构中不对称流动的不稳定性 |
4.4 本章小结 |
第5章 外部激励对T型拉伸微通道内粘弹性流体的弹性不稳定的研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验模型及工况设定 |
5.2.1 T型微混合器设计 |
5.2.2 实验溶液物性参数 |
5.2.3 实验工况 |
5.2.4 混合性能参数定义及处理 |
5.3 恒定驱动下的混合效果 |
5.3.1 牛顿流体工况 |
5.3.2 粘弹性流体工况 |
5.4 单侧振荡下的混合效果 |
5.4.1 流体性质对混合效果的影响 |
5.4.2 几何结构对混合效果的影响 |
5.5 双侧振荡相位差对混合效果影响的数值模拟研究 |
5.5.1 物理模型及工况设定 |
5.5.2 数值计算方法 |
5.5.3 数值模拟单侧振荡下的混合效果 |
5.5.4 双侧振荡相位差的影响 |
5.6 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(7)基于触角电生理响应机制的蜜蜂运动控制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 昆虫机器人的概念及研究意义 |
1.2 昆虫机器人的研究进展 |
1.2.1 光流刺激昆虫机器人 |
1.2.2 化学刺激昆虫机器人 |
1.2.3 热刺激昆虫机器人 |
1.2.4 电刺激昆虫机器人 |
1.3 研究中存在的问题 |
1.4 研究目标及内容 |
1.4.1 研究目标 |
1.4.2 研究内容 |
第2章 蜜蜂机器人的控制机理及方法 |
2.1 蜜蜂的嗅觉神经传导通路 |
2.1.1 蜜蜂触角感受器及分布特征 |
2.1.2 蜜蜂嗅觉内部传导通路 |
2.2 蜜蜂机器人控制策略 |
2.2.1 嗅觉对蜜蜂运动的调控 |
2.2.2 虚拟嗅觉的实现机制 |
2.2.3 基于虚拟嗅觉的蜜蜂运动控制 |
2.3 本章小结 |
第3章 触角对不同气味的灵敏度响应分析 |
3.1 试剂选取与蜜蜂养殖 |
3.2 蜜蜂对不同气味的偏好评估 |
3.2.1 昆虫迷宫系统的搭建 |
3.2.2 蜜蜂运动轨迹捕捉 |
3.2.3 数据统计与结果分析 |
3.3 蜜蜂触角电信号的测量 |
3.3.1 昆虫触角电位图(EAG)简介 |
3.3.2 触角电位采集系统 |
3.3.3 基于SPSS对触角电位五种特征的分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 基于电刺激的蜜蜂机器人控制 |
4.1 MEMS微机电刺激系统 |
4.1.1 任意波形信号发生系统 |
4.1.2 上位机软件平台介绍 |
4.2 磁悬浮电刺激实验平台 |
4.2.1 下推式磁悬浮系统 |
4.2.2 电刺激实验台的搭建 |
4.3 半自由电刺激实验 |
4.3.1 电刺激实验流程 |
4.3.2 实验结果分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(8)基于键合封装用P(EO)n-LiX与A1连接工艺与机理研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 微机电系统封装技术 |
1.2.1 MEMS器件对封装的要求 |
1.2.2 MEMS器件封装的分类 |
1.2.3 MEMS封装方法 |
1.2.4 MEMS封装材料 |
1.3 阳极键合技术 |
1.3.1 阳极键合的定义 |
1.3.2 阳极键合技术原理 |
1.3.3 阳极键合的应用 |
1.4 高分子固体电解质 |
1.4.1 高分子固体电解的概述 |
1.4.2 高分子固体电解质的导电机理 |
1.4.3 高分子固体电解质在MEMES的应用 |
1.5 本课题的研究内容及意义 |
1.5.1 研究内容 |
1.5.2 意义 |
第2章 阳极键合用高分子固体电解质的制备 |
2.1 引言 |
2.2 高分子固体电解质的组成 |
2.2.1 主体材料的选择 |
2.2.2 金属盐的选择 |
2.3 实验材料 |
2.4 实验所用仪器 |
2.5 P(EO)n-LiX的制备 |
2.5.1 P(EO)n-LiX的制备方法 |
2.5.2 球磨工艺参数选择 |
2.5.3 P(EO)n-LiX的制备过程 |
2.6 球磨工艺参数对球磨质量的影响 |
2.6.1 球磨工艺参数对晶粒尺寸的影响 |
2.6.2 球磨工艺参数对团聚系数的影响 |
2.6.3 结果分析 |
2.7 成型工艺 |
2.8 小结 |
第3章 P(EO)n-LiX的性能表征 |
3.1 引言 |
3.2 P(EO)n-LiX的微观形貌 |
3.3 PEO-LiClO_4 的结构与性能分析 |
3.3.1 PEO-LiClO_4 结构表征 |
3.3.2 PEO-LiClO_4的SAXS分析 |
3.3.3 PEO-LiClO_4 电解质的熔融和结晶性分析 |
3.3.4 PEO-LiClO_4 的红外分析 |
3.3.5 PEO-LiClO_4 的紫外分析 |
3.4 PEO-LiBF_4 的结构与性能表征 |
3.4.1 PEO-LiBF_4 结构表征 |
3.4.2 PEO-LiBF_4 介晶相结构 |
3.4.3 PEO-LiBF_4 的红外分析 |
3.4.4 PEO-LiBF_4 的紫外分析 |
3.5 PEO-LiPF_6 的结构与性能表征 |
3.5.1 PEO-LiPF_6 的结构分析 |
3.5.2 PEO-LiPF_6 介晶相结构 |
3.5.3 PEO-LiPF_6 的红外分析 |
3.5.4 PEO-LiPF_6 的紫外分析 |
3.6 交流阻抗分析 |
3.7 P(EO)n-LiX的力学性能分析 |
3.7.1 P(EO)n-LiX的抗压强度 |
3.7.2 硬度测试 |
3.8 小结 |
第4章 PEO-LiClO_4 与铝的阳极键合工艺研究 |
4.1 引言 |
4.2 试验材料 |
4.2.1 阴极材料 |
4.2.2 阳极材料 |
4.3 实验设备 |
4.3.1 键合实验设备 |
4.3.2 键合强度测试 |
4.3.3 结合率的检测 |
4.3.4 键合界面的分析 |
4.4 实验方案 |
4.4.1 关键技术 |
4.4.2 工艺参数确定 |
4.5 试验结果与分析 |
4.5.1 阳极键合过程中时间-电流特性 |
4.5.2 键合界面连接质量分析 |
4.5.3 界面SEM分析 |
4.6 力学性能分析 |
4.7 小结 |
第5章 PEO-LiClO_4/Al接头界面连接机理的分析 |
5.1 引言 |
5.2 LiClO_4对PEO分子链构象转变的作用机制 |
5.3 界面连接机制分析 |
5.3.1 PEO-LiClO_4 与铝键合界面机械互锁机制 |
5.3.2 PEO-LiClO_4 与铝键合界面离子传输机制 |
5.3.3 PEO-LiClO_4 与铝键合界面的扩散机制 |
5.3.4 PEO-LiClO_4 与铝键合界面的配位-交换机制 |
5.4 阳极键合过程电特性的物理模拟 |
5.5 键合界面扩散动力学分析 |
5.6 小结 |
第6章 PEO-LiClO_4 与铝阳极键合的数值模拟分析 |
6.1 引言 |
6.2 MSC.Marc-非线性有限元软件模拟流程 |
6.3 前处理模型的建立 |
6.4 结果分析 |
6.4.1 试件应变数值模拟结果分析 |
6.4.2 试件应力数值模拟结果及分析 |
6.4.3 PEO-LiClO_4/铝/PEO-LiClO_4 三层阳极键合结构的数值模拟 |
6.4.4 三层键合结构应变模拟分析 |
6.4.5 残余应力数值模拟结果比较 |
6.5 小结 |
第7章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
(9)全玻璃管套结构PCR芯片的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 PCR技术 |
1.2.1 PCR技术原理 |
1.2.2 PCR仪器 |
1.2.3 PCR技术应用 |
1.3 MEMS技术概述 |
1.4 PCR芯片 |
1.4.1 PCR芯片分类 |
1.4.2 PCR芯片材料 |
1.4.3 PCR芯片温度控制 |
1.5 本论文的研究内容及意义 |
第二章 玻璃管套结构PCR芯片的设计与制作 |
2.1 PCR芯片设计 |
2.1.1 PCR芯片设计目标 |
2.1.2 PCR芯片材料选择 |
2.1.3 PCR芯片结构设计 |
2.2 PCR芯片仿真 |
2.2.1 COMSOL软件介绍 |
2.2.2 PCR芯片结构建模 |
2.2.3 PCR芯片仿真 |
2.3 PCR芯片制作 |
2.3.1 PCR芯片制作概述 |
2.3.2 耗材及仪器介绍 |
2.3.3 PCR芯片工艺流程 |
2.4 本章小结 |
第三章 PCR芯片系统温度控制 |
3.1 温控系统概述 |
3.1.1 系统设计目标 |
3.1.2 温控系统工作机理 |
3.2 嵌入式控制系统 |
3.2.1 嵌入式控制器选择 |
3.2.2 嵌入式控制系统设计 |
3.2.3 FSMC控制LCD与SRAM |
3.3 温控系统硬件电路 |
3.3.1 电源模块 |
3.3.2 温度检测电路 |
3.3.3 驱动电路模块 |
3.3.4 硬件电路调试 |
3.4 温控系统算法程序 |
3.4.1 温控程序流程概述 |
3.4.2 UCOSIII系统移植 |
3.4.3 温度控制状态机设计 |
3.4.4 传统PID算法 |
3.4.5 改进式PID算法 |
3.5 本章小结 |
第四章 PCR芯片系统生物扩增实验 |
4.1 PCR实验预处理 |
4.1.1 温度传感器线性分析 |
4.1.2 温控系统的调试 |
4.1.3 PCR反应试剂和体系 |
4.2 凝胶电泳 |
4.2.1 凝胶电泳原理 |
4.2.2 凝胶电泳实验预处理 |
4.3 生物实验结果分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 全文总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 主要创新点 |
5.3 下一步研究设想与展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文或申请的专利 |
(10)基于超声辐射力场的多模微操纵理论与实践研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 研究意义 |
1.2 微操纵技术的研究现状及其发展趋势 |
1.2.1 微操纵机理逐步明晰,理论体系日益完善 |
1.2.2 接触式操纵已趋成熟,正朝实用化方向迈进 |
1.2.3 新型方法不断涌现,微操纵技术进一步发展 |
1.2.4 非接触操纵已成主流,声操纵技术优势明显 |
1.3 声操纵技术的研究现状及其发展趋势 |
1.3.1 研究现状及其发展趋势 |
1.3.2 技术瓶颈与挑战分析 |
1.4 本文研究内容及其章节安排 |
第二章 任意声场中多散射体声辐射力的通用理论表达 |
2.1 引言 |
2.2 流体媒质中声波的传播机理 |
2.2.1 一阶摄动理论下波动方程的建立 |
2.2.2 球坐标系下波动方程的求解 |
2.3 多散射体散射声场的计算 |
2.3.1 声场的谐函数展开模型 |
2.3.2 多散射体散射声场的通用理论表达 |
2.4 多散射体声辐射力的计算 |
2.4.1 二阶摄动理论下声辐射力通用计算框架 |
2.4.2 多散射体声辐射力的通用理论表达 |
2.5 本章小结 |
第三章 单声波参数异步调控下的微构件声操纵技术 |
3.1 引言 |
3.2 三维半空间内声场合成计算与仿真 |
3.3 基于单声波参数异步调控的微构件声操纵 |
3.3.1 基于声辐射力场的微构件俘获 |
3.3.2 声波幅值调控下的微构件拾取 |
3.3.3 声波相位调控下的微构件平移 |
3.4 实验研究 |
3.5 本章小结 |
第四章 多声波参数协同调控下的微构件对声操纵技术 |
4.1 引言 |
4.2 微构件对的声辐射力计算 |
4.3 基于声波参数协同调控的微构件对声操纵 |
4.3.1 声波参数协同调控策略 |
4.3.2 微构件对的声操纵 |
4.4 实验研究 |
4.4.1 微构件对的相互移动 |
4.4.2 微构件对的相对移动 |
4.5 本章小结 |
第五章 面向多模声操纵的变区域局部声场合成控制技术 |
5.1 引言 |
5.2 局部声场合成控制的理论计算 |
5.2.1 局部合成目标声场的理论建模 |
5.2.2 声场合成区域边界控制点声压的求解 |
5.2.3 基于逆滤波的阵列声源激励信号求解 |
5.3 变区域局部声场的合成控制 |
5.3.1 大区域局部声场的合成控制 |
5.3.2 小区域局部声场的精细化合成控制 |
5.4 实验研究 |
5.5 本章小结 |
第六章 基于局部声场合成的非球形微构件姿态无级调控技术 |
6.1 引言 |
6.2 基于T矩阵的非球形微构件声辐射力矩计算 |
6.3 基于局部声场合成的非球形微构件姿态无级调控 |
6.3.1 强约束高匹配目标声场的合成 |
6.3.2 非球形微构件姿态的无级声调控 |
6.4 实验研究 |
6.5 本章小结 |
第七章 基于机器视觉伺服的自动化多模声操纵系统及实验研究 |
7.1 引言 |
7.2 基于机器视觉伺服的自动化声操纵系统 |
7.2.1 系统总体方案 |
7.2.2 关键模块的开发 |
7.2.3 系统的集成 |
7.3 实验研究 |
7.3.1 声操纵精度与定位精度分析研究 |
7.3.2 微构件大范围的自动化声输运 |
7.3.3 微构件对间距的自动化声调控 |
7.3.4 非球形微构件姿态的自动化无级声调整 |
7.4 本章小结 |
第八章 结论与展望 |
8.1 工作总结 |
8.2 主要创新点 |
8.3 研究展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的科研成果与参加的科研项目 |
四、生物微机电系统与生物芯片技术进展(论文参考文献)
- [1]基于无纺纤维材料的微流控芯片研究[D]. 张静. 北京化工大学, 2021(02)
- [2]硅基材料纳米尺度磨损行为与机理研究[D]. 王明. 重庆大学, 2020(02)
- [3]基于非晶纳米晶磁芯的微型磁通门传感器及其在生物检测中的应用[D]. 郭磊. 上海交通大学, 2020(01)
- [4]Ag-M双金属催化剂在氧化锌基气体传感器中的协同增敏效应研究[D]. 徐东升. 上海应用技术大学, 2020
- [5]应用于柔性基底的通孔引线结构与工艺实现研究[D]. 杨晓利. 重庆大学, 2019(01)
- [6]微尺度下外部激励对粘弹性流体拉伸流动弹性不稳定性的影响研究[D]. 张梦. 哈尔滨工业大学, 2019
- [7]基于触角电生理响应机制的蜜蜂运动控制研究[D]. 李志强. 中国地质大学(北京), 2019
- [8]基于键合封装用P(EO)n-LiX与A1连接工艺与机理研究[D]. 阴旭. 太原科技大学, 2019(04)
- [9]全玻璃管套结构PCR芯片的研究[D]. 吕天意. 上海交通大学, 2019(06)
- [10]基于超声辐射力场的多模微操纵理论与实践研究[D]. 邓双. 浙江大学, 2018(08)